新工科背景下CDIO理念在Android應用開發課程的應用探索

李學鋒 楊建強

摘? 要： 針對Android應用開發教學中的問題，以新工科建設思想為指導，借鑒CDIO工程教育模式，以學生為主體，對教學基本單元進行重構，在教學方法、能力培養、課程考核等方面提出了具體的改革措施和方法。實踐證明，此改革措施有助于充分激發學生學習的主觀能動性，有利于全面鍛煉與提升學生的應用開發能力、創新能力以及工程綜合素質。

關鍵詞： 新工科; CDIO; Android應用開發; 工程思維; 能力培養

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）09-88-03

Exploration on the application of CDIO in Android application development course in the background of new engineering

Li Xuefeng， Yang Jianqiang

（School of Computer Engineering， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang， HuBei 441053， China）

Abstract： Aiming at the problems in the teaching of Android application development course， guided by the new engineering construction thought， drawing lessons from CDIO engineering education mode， taking students as the main body， this paper reconstructs the basic teaching unit， and puts forward specific reform measures and methods in teaching methods， ability training， curriculum assessment and so on. Practice shows that this reform measure is helpful to fully stimulate students' subjective initiative in learning， to comprehensively exercise and improve students' application and development ability， innovation ability and comprehensive engineering quality.

Key words： new engineering; CDIO; Android application development; engineering thinking; ability cultivation

0 引言

“新工科”建設是教育部基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向[1]。與傳統的工科教育相比，“新工科”建設，更著眼于面向未來的新技術和新產業的發展，著力推動學科交叉融合和跨界整合，通過構建工程教育的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系。以培養具備更強實踐能力、創新創業能力、跨界整合能力，具備國際競爭力的高素質復合型的新型工程科技人才為目標。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[2]，CDIO 即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運行（Operation），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[3-4]。CDIO系統地提出了具有可操作性的能力培養大綱以及檢驗測評標準。CDIO工程教育模式強調以產業需求為導向，以學生為主體，通過項目驅動的方式實現工程實踐能力和綜合創新能力的培養，是“做中學”和“基于項目教學和學習”的集中概括和表達[5]。現在已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，將CDIO工程教育模式運用于教學中，取得了良好效果，按CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。

本文在新工科建設的理念指導下，從CDIO工程教育的視角出發，結合我校實際情況，對物聯網專業Android應用開發課程的進行改革探討。

1 Android應用開發教學中發現的問題

我校物聯網工程專業的Android應用開發課程安排在第六學期，由于Android應用開發課程的強實踐性，我們將理論講授也安排在實驗室里進行，并采用理論講授、案例學習與驗證交叉結合的教學方式。在教學中，我們發現以下問題。

⑴ 學生對課程內容的熟悉程度差次不齊

在開課前，班上有部分同學已經通過自學或其他途徑，對Android應用開發有了一定程度的了解和掌握。如何讓這部分同學充分地利用時間，在學習上更進一步，是上課教師應該考慮的問題。

⑵ 學生學習的主動性有待進步激發

在教學中發現，有些同學在案例學習中，只是簡單地將代碼復制粘貼到Android Studio中，然后運行得出效果，并沒有認真地閱讀代碼，沒有深入理解原理機制。如何有效地激發或推動學生主動學習，更高效地實現知識內化，是教師需要關注的一個重點。

⑶ 從整體上看，學生創新思維、創新能力仍顯不足

造成這種現象的原因主要在于：知識基礎的深度與廣度不足，特別對課程的交叉融合，專業發展前沿等缺乏深入了解;另外，創新意識的引導與激發上仍有欠缺。

⑷ 工程思維、工程能力以及工程規范意識有待提升

這表現在雖然完成了很多案例，但面對一個規模稍大的企業項目時，仍有部分學生覺得無從下手。系統開發的工程能力仍有待進步提升，團隊分工協作的經驗有待進步積累。

2 新工科背景下CDIO理念在Android應用開發課程的應用探索與實踐

面對教學中存在的問題，我們以新工科建設思想為指引，以CDIO工程教育模式為用，調整教學思路，重構教學流程，改進教學方法，進行Android應用開發課程的改革探索。

2.1 以學生為主體的教學內容重構

為了徹底改變學生被動接受式的學習，我們對先前案例式教學進行了變革，將基本教學單元重構為理論基礎、案例學習與驗證、實踐練習、討論總結與應用拓展等五部分，并且階段性地加入團隊形式的綜合項目訓練。

理論基礎部分，教師需控制理論講解的時長，最好要控制15分鐘以內。講解要盡力做到深入淺出，條理清晰，將相關理論要點以一個清晰的脈絡呈現在學生面前，以利于學生對相關概念、原理及方法快速地理解與掌握。

案例學習與驗證，從實際工程中抽取與主題相關的內容，改造設計成案例，教師對案例進行簡要的分析講解與說明，給出完整的案例文檔。學生通過學習與完成案例，掌握相關原理的應用與具體實現步驟，并可通過案例的成功運行獲到一種體驗感。

實踐練習，教師給出項目背景及任務要求，要求學生根據案例以及先前已學習過的內容，獨自分析、設計與實現，并要求學生必須提交實踐練習報告文檔。這個環節用于促使并推動學生去學習，加深學生對相關理論及應用地理解與掌握。

交流總結，在完成前面三個階段的基礎上，由學生進行相關內容的交流與總結，教師負責引導、點評。通過這個部分，對知識加深理解與鞏固掌握。

應用拓展，以布置成課外作業的形式，一般采用啟發式的、開放型的問題，以充分激勵與發揮學生的發散思維與創新能力。

從案例驗證、實踐練習到應用拓展是一個層次遞進式的設計，對于此前無基礎的同學，要求從案例驗證開始;對于已經有一定了解的學生，可從實踐練習開始做，甚至直接思考應用拓展，這樣更有利于學生的個性發展，有利于時間的充分利用。重構后的教學流程，強調在“做中學”，推動學生主動學習，徹底改變學生被動接受的學習狀態。

2.2 項目引導，任務驅動，工程思維與團隊精神的培養

案例驗證與實踐練習都采取項目引導，任務驅動的方式，并注重工程思維的訓練培養與團隊精神的培養。

教學中所用的項目，都從實際工程中抽取并改造，背景典型真實，任務要求清晰具體。案例的文檔由教師按照軟件工程的思想，從構思、設計、實現與運行的模式進行撰寫。實踐練習則是要求學生根據練習任務要求，獨立完成，并撰寫練習報告。

通過案例，讓學生明白理論知識的應用與效果，通過實踐練習，讓學習加深體會與認知。避免某些學生只是根據已有的步驟不假思索地按圖索驥，通過實踐練習，讓所有學生真正能夠動起來。實踐練習必須要求每位學生最后將成果以實驗報告的形式提交，且文檔要求符合工程規范要求。通過實踐練習及練習報告的撰寫，有利于將工程素質教育理念與標準規范意識培養相結合，有助于培養與提升學生的工程綜合素質。

階段性的綜合項目采取團隊合作的方式來完成。讓兩到三位學生組成一個團隊，要求分工明確，合作完成整個項目，并提交規范的項目文檔，通過這種方式積累團隊合作的經驗，培養團隊合作精神。

2.3 通過課程交融與深入了解產業發展，引導與激發創新

培養創新型人才是當前新經濟的需求，也是新工科建設與CDIO的重要目標。寬厚的知識積累是創新的沃土，思維引導與碰撞往往是創新誕生的契機。

Android作為移動操作系統，其應用開發可關聯的課程有Java Web應用開發、單片機原理與應用、物聯網控制技術、物聯網數據處理、嵌入式原理及應用、傳感器原理及應用、計算機網絡等等，教師通過應用拓展部分，引導學生實現Android應用開發與這些課程交叉融合，藉由知識的交叉激蕩，激發創新思維。

通過校企合作，讓學生對產業一線的發展形態有所了解，觸摸當前市場的熱點及需求，在教師的引導下，最大程度地激發學生的創新思維。

2.4 以能力為主要標準的多元化的成績考核方法

課程成績應該盡量準確真實地反映學生的學習過程、實踐效果和能力水平，我們設計了一套以能力為主要標準的多元化的成績考核辦法。課程的總評成績由過程評價、階段評價和期末考核成績按照一定比例（例如5：3：2）綜合形成。

我們對平時過程、階段綜合項目練習、期末考核都設計了評價標準，平時過程評價的內容包括平時考勤、實踐練習及實踐報告的完成情況、討論與總結的表現、應用拓展的完成情況等。階段評價包括小組項目的完成情況，個人在項目完成中的工作量等。這種重能力的評價方法，可以改善學生的學習習慣，提高學生的學習積極性。

2.5 教師的能力要求與角色轉變

在CDIO工程教育模式下，對教師的理論講解水平、工程實踐能力與工程經驗，都提出了較高的要求，既要求教師能夠深入淺出地將理論知識條理清晰地表達出來，又要求能夠根據需要設計出具有典型應用場景的案例，并撰寫符合規范要求的案例文檔。能夠設計出層次遞進式的實踐項目，并啟發與引導學生進行開放式地拓展思考。

在課堂上，教師的角色從傳統的單一的知識傳授者，轉變為除了傳授者外，更多是一個問題的解決者、思考的引導者、學習的觀察者與效果的評價者。教師需要解決學生在學習與實踐練習中遇到的問題，引導學生討論、總結與拓展思考，觀察學生的學習狀態與學習效果，對學生的學習成果和能力表現進行評價。教師角色的轉變，可以讓教師更迅捷地發現教學中的問題，及時的調整教學方法，有利于教學水平的提高。

3 結束語

在新工科建設的背景下，針對教學中發現的問題，借鑒CDIO教育模式，以學生為主體，以能力培養為目標，對教學內容進行重構。通過項目引導、任務驅動的方式，促使學生在做中學，培養團隊合作精神。通過課程交融與深入了解產業一線，激發創新思維。通過以能力為主要標準的多元化考核，促進學生學習的積極性。實踐表明，此改革措施有利于推動學生主動學習，有利于全面鍛煉與提升學生的應用開發能力、創新能力和工程綜合素質。

參考文獻（References）：

[1] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017.3：1-6

[2] 潘益婷，潘修強，錢冬云，趙靜靜. CDIO理念下的軟件技術專業產教融合人才培養模式探索與實踐[J].軟件工程，2019. 1：60-62

[3] 丁少虎，呂碩，李茂強，高陽，王富偉.基于CDIO的企業生產仿真實訓課程教育研究[J].高等教育，2019.2：145-146

[4] 周堅和，唐培和.地方高校電子信息類專業人才CDIO多層次立體化培養模式探析[J].高教論壇，2013.4：35-40

[5] 鄭貴省，馬文彬，郭強，王劍宇，闞媛.面向新工科的大學計算機CDIO 教育模式及創客課堂案例[J].計算機教育，2019. 2：103-106